KR20160106146A - 파장 변환 반도체 발광 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 구조체는 제1 피크 파장을 갖는 광을 방출하기 위한 발광 디바이스를 포함한다. 파장 변환 층은 발광 디바이스에 의해 방출되는 광의 경로에 배치된다. 파장 변환 층은 발광 디바이스에 의해 방출되는 광을 흡수하고 제2 피크 파장을 갖는 광을 방출한다. 파장 변환 층은 파장 변환 재료, 투명 재료, 및 접착제 재료의 혼합물을 포함하며, 접착제 재료는 파장 변환 층의 중량의 15% 이하이다.

Description

파장 변환 반도체 발광 디바이스{WAVELENGTH CONVERTED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 다이오드와 같은 파장 변환 반도체 발광 디바이스에 관한 것이다.
발광 다이오드들(LEDs), 공진 공동 발광 다이오드들(RCLEDs), 수직 공동 레이저 다이오드들(VCSELs), 및 단면 발광 레이저들을 포함하는 반도체 발광 디바이스들은 현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들에 포함된다. 가시 스펙트럼에 걸쳐 동작할 수 있는 고-휘도 발광 디바이스들의 제조에서 현재 관심을 받고 있는 재료 시스템들은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체들, 특히, Ⅲ-질화물로서도 지칭되는 갈륨, 알루미늄, 인듐, 및 질소의 이원, 삼원, 및 사원 합금들을 포함한다. 전형적으로, Ⅲ-질화물 발광 디바이스들은 서로 상이한 조성물들 및 도펀트 농도들의 반도체 층들의 스택을 사파이어, 실리콘 탄화물, Ⅲ-질화물 또는 다른 적합한 기판 상에 금속-유기 화학 증착(MOCVD), 분자 빔 에피택시(MBE), 또는 다른 에피택셜 기법들에 의해 에피택셜 성장시키는 것에 의해 제조된다. 스택은 실리콘 기판 위에 형성되는, 예를 들어, Si로 도핑되는 하나 이상의 n-형 층들, n-형 층 또는 층들 위에 형성되는 활성 영역 내의 하나 이상의 발광 층들, 및 활성 영역 위에 형성되는, 예를 들어, Mg로 도핑되는 하나 이상의 p-형 층들을 종종 포함한다. 전기적 접점들은 n-형 및 p-형 영역들 상에 형성된다.
도 1은 US 2011/0057205에 더 상세히 설명되는 구조체를 예시한다. LED(282) 및 과도 전압 억제(TVS) 칩(284)은 서브마운트(280)에 부착된다. (LED(282)의 전력 리드들 사이에 TVS 칩(284)을 접속하는, 서브마운트(280) 상의 금속 트레이스들은 예시되지 않는다). 예를 들어, 정전기 방전(ESD)으로 인한 전압 급상승 시, TVS 칩(284) 내의 회로는 LED(282)를 우회하도록 과도 전압을 접지로 단락시킨다. 그렇게 하지 않으면, LED(282)가 손상될 수 있다. TVS 회로는 널리 알려져 있다. 도 1에 예시되는 서브마운트(280)는 LED들 및 TVS 다이들의 많은 쌍들이 위에 장착되는 웨이퍼의 부분이다. 서브마운트 웨이퍼는 LED/TVS 쌍들을 싱귤레이팅(singulating)하기 위해 나중에 소잉(sawing)될 것이다. 몰드는 액체 실리콘 함유 인광체 입자들(liquid silicone containing phosphor grains)로 채워지는 홈들(indentations)을 갖는다. 서브마운트 웨이퍼 및 몰드는 각각의 LED/TVS 쌍이 단일 홈 내의 실리콘 내에 있도록, 그리고 실리콘이 그 다음 경화되도록 함께 도입된다. 서브마운트 웨이퍼는 그 다음 몰드로부터 분리되며, 결과적으로 도 1의 구조체가 제공된다. 몰딩되는 인광체 렌즈(286)는 두 칩들을 캡슐화한다. 이용되는 인광체의 유형(들), 인광체(들)의 밀도, 및 렌즈(286)의 형상은 원하는 색 온도 특성에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 렌즈(286) 내의 인광체는 청색 LED(282)에 의해 구동되는 경우에 따뜻한 백색광을 생성하기 위한 YAG와 적색 인광체의 혼합물이다.
본 발명의 목적은 개선된 열적 성능을 갖는 파장 변환 층을 갖는 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 구조체는 제1 피크 파장을 갖는 광을 방출하기 위한 발광 디바이스를 포함한다. 파장 변환 층은 발광 디바이스에 의해 방출되는 광의 경로에 배치된다. 파장 변환 층은 발광 디바이스에 의해 방출되는 광을 흡수하고 제2 피크 파장을 갖는 광을 방출한다. 파장 변환 층은 파장 변환 재료, 투명 재료, 및 접착제 재료의 혼합물을 포함하며, 접착제 재료는 파장 변환 층의 중량의 15% 이하이다.
본 발명의 실시예들에 따른 방법은 기판에 복수의 발광 디바이스들을 부착하는 단계를 포함한다. 파장 변환 재료, 투명 재료, 및 접착제 재료를 포함하는 파장 변환 층은 복수의 발광 디바이스들 위에 형성된다. 발광 디바이스들은 파장 변환 층을 커팅하는 것에 의해 분리된다. 기판은 제거된다.
도 1은 LED 및 TVS 칩 위에 몰딩되는 인광체-함유 렌즈를 갖는 서브마운트 상의 종래의 LED와 TVS 칩을 예시한다.
도 2는 Ⅲ-질화물 LED의 일 예를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 파장 변환 층을 갖는 LED의 단면도이다.
도 4는 도 3에 예시된 구조체의 저면도이다.
도 5는 도 3에 예시된 구조체의 평면도이다.
도 6은 기판에 부착된 LED를 예시한다.
도 7은 LED들 위에 파장 변환 층을 몰딩한 후의 도 6의 구조체를 예시한다.
도 8은 LED들을 분리한 후의 도 7의 구조체를 예시한다.
도 9는 LED들을 기판으로부터 제거한 후의 도 8의 구조체를 예시한다.
도 10은 LED 및 추가 칩을 포함하는 구조체의 단면도이다.
도 11은 기판에 부착된 LED들 및 추가 칩들을 예시한다.
도 12는 LED들 및 추가 칩들 위에 파장 변환 층을 몰딩한 후의 도 11의 구조체를 예시한다.
도 13은 제1 기판을 릴리즈하고 제2 기판을 부착한 후의 도 12의 구조체를 예시한다.
도 14는 도 13에 예시되는 LED들 및 추가 칩들 중의 하나의 저면도이다.
도 15는 반사 층을 형성한 후의 도 13의 구조체를 예시한다.
도 16은 도 15에 예시되는 반사 층을 형성한 후의 LED들 및 추가 칩들 중의 하나의 저면도이다.
도 17은 유전체 층을 형성한 후의 도 15의 구조체를 예시한다.
도 18은 도 17에 예시되는 유전체 층을 형성한 후의 LED들 및 추가 칩들 중의 하나의 저면도이다.
도 19는 접점 패드들을 형성한 후의 도 17의 구조체를 예시한다.
도 20은 도 19에 예시되는 접점 패드들을 추가한 후의 LED들 및 추가 칩들 중의 하나의 저면도이다.
도 21은 LED들을 분리한 후의 도 19의 구조체를 예시한다.
도 22는 LED들을 기판으로부터 제거한 후의 도 21의 구조체를 예시한다.
도 23은 LED 및 추가 칩 상의 반사 층의 대안적인 배열의 저면도이다.
도 24는 유전체 층을 형성한 후의 도 23의 구조체를 예시한다.
아래 예들에서 반도체 발광 디바이스들은 청색 또는 UV 광을 방출하는 Ⅲ-질화물 LED들이지만, 다른 Ⅲ-Ⅴ 재료들, Ⅲ-인화물, Ⅲ-비소화물, Ⅱ-Ⅵ 재료들, ZnO, 또는 Si-계 재료들과 같은 다른 재료 시스템들로부터 만들어지는 반도체 발광 디바이스들 및 레이저 다이오드들과 같은 LED들 이외의 반도체 발광 디바이스들이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 파장 변환 층은 LED 다이가 5개 면들에서 파장 변환 층에 의해 둘러싸이도록 LED와 같은 발광 디바이스 위에 형성된다. 파장 변환 층은 파장 변환 재료, 투명 재료, 및 접착제 재료를 포함할 수 있다. 파장 변환 층은 높은 열 전도율을 가질 수 있다. 추가적으로, 재료가 예를 들어 몰딩에 의해 디바이스 위에 형성되기 때문에, 파장 변환 층(즉, 파장 변환 재료 및 투명 재료)의 입자 함량은 상당할 수 있는데; 예를 들어, 일부 실시예들에서 중량이 파장 변환 층의 최대 90%까지일 수 있다. 아래 예들은 파장 변환 층의 몰딩을 언급하지만, 몰딩 화합물 외의 다른 접착제 재료들 및 몰딩 외의 다른 기법들도 파장 변환 층을 형성하기 위해 이용될 수 있으며 본 발명의 실시예들의 범위에 속한다. 예들 들어, 본 발명의 실시예들에서, 파장 변환 층은 파장 변환 재료, 투명 재료, 및 졸 겔 접착제 재료를 포함한다. 이러한 파장 변환 층은 액체 형태의 파장 변환 층을 투입하고 그 다음 졸 겔 재료를 경화시키는 것에 의해 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에서 이용될 수 있는 Ⅲ-질화물 LED를 예시한다. 임의의 적절한 반도체 발광 디바이스가 이용될 수 있으며, 본 발명의 실시예들은 도 2에 예시되는 디바이스에 한정되지 않는다. 도 2의 디바이스는 본 기술분야에 알려진 바와 같이 Ⅲ-질화물 반도체 구조체(12)를 성장 기판(10) 상에 성장시키는 것에 의해 형성된다. 성장 기판은 종종 사파이어이지만, 예를 들어, SiC, Si, GaN, 또는 복합 기판과 같은 임의의 적절한 기판일 수 있다. Ⅲ-질화물 반도체 구조체가 위에 성장되는 성장 기판의 표면은 성장 전에 패터닝되거나, 조면화되거나, 텍스쳐링(texturing)될 수 있는데, 이는 디바이스로부터의 광 추출을 개선시킬 수 있다. 성장 표면과 반대쪽에 있는 성장 기판의 표면(즉, 플립 칩 구성에서 광의 대부분이 추출되는 표면)은 성장 전에 또는 후에 패터닝되거나, 조면화되거나, 텍스쳐링될 수 있는데, 이는 디바이스로부터의 광 추출을 개선시킬 수 있다.
반도체 구조체는 n-형 영역과 p-형 영역 사이에 개재되는 발광 또는 활성 영역을 포함한다. n-형 영역(16)은 먼저 성장될 수 있으며, 예를 들어, 버퍼 층들 또는 핵형성 층들, 및/또는, n-형일 수 있거나 의도적으로 도핑하지 않을 수 있는, 성장 기판의 제거가 용이하도록 설계된 층들, 및 광을 효율적으로 방출하기 위해서 발광 영역에 대해 바람직한 특정 광학적, 재료, 또는 전기적 특성을 위해 설계된 n-형 또는 심지어는 p-형 디바이스 층들과 같은 예비 층들을 포함하는 상이한 조성물 및 도펀트 농도의 다수의 층들을 포함할 수 있다. 발광 또는 활성 영역(18)은 n-형 영역 위에 성장된다. 적합한 발광 영역들의 예들은 단일의 두껍거나 얇은 발광 층, 또는 장벽 층들에 의해 분리되는 다수의 얇거나 두꺼운 발광 층들을 포함하는 양자 우물 발광 영역을 포함한다. p-형 영역(20)은 발광 영역 위에 성장될 수 있다. n-형 영역과 마찬가지로, p-형 영역은 의도적으로 도핑하지 않은 층들, 또는 n-형 층들을 포함하는, 상이한 조성물, 두께 및 도펀트 농도의 다수의 층들을 포함할 수 있다.
성장 후, p-접점이 p-형 영역의 표면 상에 형성된다. p-접점(21)은 반사성 금속의 일렉트로마이그레이션을 방지할 수 있거나 감소시킬 수 있는 가드 금속(guard metal) 또는 반사성 금속과 같은 다수의 전도성 층들을 종종 포함한다. 반사성 금속은 종종 은이지만 임의의 적절한 재료 또는 재료들이 이용될 수 있다. p-접점(21)을 형성한 후에, p-접점(21), p-형 영역(20), 및 활성 영역(18)의 일부분이 n-접점(22)이 위에 형성되는 n-형 영역(16)의 일부분을 노출시키도록 제거된다. n- 및 p-접점들(22 및 21)은 실리콘 산화물 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 유전체로 채워질 수 있는 갭(25)에 의해 서로 전기적으로 분리된다. 다수의 n-접점 비아들이 형성될 수 있으며; n- 및 p-접점들(22 및 21)은 도 2에 예시되는 배열에 한정되지 않는다. n- 및 p-접점들은 본 기술분야에 알려진 바와 같이, 유전체/금속 스택을 갖는 결합 패드들을 형성하도록 재분배될 수 있다.
LED에 대한 전기적 접속을 형성하기 위해, 하나 이상의 인터커넥트들(26 및 28)이 n- 및 p-접점들(22 및 21) 상에 형성되거나 n- 및 p-접점들(22 및 21)에 전기적으로 접속된다. 인터커넥트(26)는 도 2에서 n-접점(22)에 전기적으로 접속된다. 인터커넥트(28)는 p-접점(21)에 전기적으로 접속된다. 인터커넥트들(26 및 28)은 n- 및 p-접점들(22 및 21)로부터 전기적으로 분리되며 유전체 층(24) 및 갭(27)에 서로 전기적으로 분리된다. 인터커넥트들(26 및 28)은, 예를 들어, 땜납, 스터드 범프들(stud bumps), 금 층들, 또는 임의의 다른 적합한 구조체들일 수 있다. 많은 개별 LED들이 나중에 디바이스들의 웨이퍼로부터 다이싱되는 단일 웨이퍼 상에 형성된다. 반도체 구조체 및 n- 및 p-접점들(22 및 21)은 다음 도면들에서 블록(12)에 의해 표현된다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 대표적인 실시예들에 따른, 5개 면들 상에 배치되는 파장 변환 층을 갖는 LED를 예시한다. 도 3은 단면도이고, 도 4는 저면도이며, 도 5는 단면이 LED의 기판(10)과 교차하는 평면에서, 상부에서 취한 단면도이다. LED(1)는 도 2에 예시되는 LED이거나 임의의 다른 적절한 디바이스이다. 파장 변환 층(30)은, 도 3에 예시되는 바와 같이, 상부를 덮으며, 도 4 및 도 5에 예시되는 바와 같이, LED(1)의 모든 면들을 덮는다. (도 3, 도 4 및 도 5에 예시되는 LED(1)는 장방형이고, 따라서 LED(1)는 파장 변환 층(30)에 의해서 덮이는 4개의 면 및 기판 측면을 갖는다. 다른 형상들의 LED들은 본 발명의 범위 내에 있고 - 일부 실시예들에서의 파장 변환 층(30)은 임의의 형상을 갖는 LED의 모든 면들을 덮을 것이다.) 구조체의 하면 상에서, 인터커넥트들(26 및 28)은 사용자가 그 구조체를 PC 보드와 같은 다른 구조체에 용이하게 부착하도록 노출된다.
종래 기술의 패키징된 LED의 일 예는 LED를 몰딩된 리드프레임 컵에 부착시키는 와이어본드를 갖는 수직 LED를 포함한다. 와이어 본드의 형성 후, 컵은 실리콘/인광체 슬러리로 채워진다. 이 아키텍처는 "구프 인 컵(goop in cup)"으로서 지칭될 수 있다. 구프 인 컵 아키텍처는 저가이며 제조가 용이하다. 그러나, 구프 인 컵 아키텍처는 LED 다이, 와이어본드, 및 인광체/실리콘 재료("구프")의 (~20 C/W와 정도로 높은) 높은 열적 저항 때문에 높은 입력 전력 밀도를 신뢰성 있게 다루기에는 제한적이다. 플립 칩 유형의 LED들이 컵 아키텍처에서 구프 내에 또한 배치될 수 있다. 플립 칩의 장점은 LED 및 전형적인 플립 칩 인터커넥트의 열적 저항이 (전형적으로 <5의 C/W 정도로) 비교적 낮다는 것이다. 그러나, 인광체/실리콘 재료의 열적 저항이 여전히 높아, 결과적으로 디바이스는 높은 전력 밀도를 신뢰성있게 다룰 수 없다.
도 3, 도 4 및 도 5에 예시되는 구조체에서는, 파장 변환 층(30)이 구프 인 컵 디바이스들에서 이용되는 인광체/실리콘 재료에 비해서 높은 입자 함량을 가질 수 있는 (전술한 구프 인 컵 아키텍처에서와 같이, LED 위에 투입하는 것이 아닌 다른) 기법에 의해 LED(1) 위에 파장 변환 층(30)이 형성된다. 따라서, 파장 변환 층(30)은 높은 열 전도율을 갖는 높은 입자 함량을 가질 수 있는데, 이는 파장 변환 층(30)의 열 전도율 및 결과적으로는 구조체의 열 전도율을 개선시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 파장 변환 층(30)은 3가지 성분들, 즉, 파장 변환 재료, 투명 재료 및 접착제 재료를 포함한다.
파장 변환 재료는, 예를 들어, 통상적인 인광체들, 유기 인광체들, 양자 점들, 유기 반도체들, Ⅱ-Ⅵ 또는 Ⅲ-Ⅴ 반도체들, Ⅱ-Ⅵ 또는 Ⅲ-Ⅴ 반도체 양자 점들 또는 나노결정들, 염료들, 폴리머들, 또는 냉광을 발하는(luminesce) 다른 재료들일 수 있다. 파장 변환 재료는 LED에 의해 방출되는 광을 흡수하며 하나 이상의 상이한 파장들의 광을 방출한다. LED에 의해 방출되는 변환되지 않은 광은, 반드시 그럴 필요는 없지만, 종종 구조체로부터 추출되는 광의 최종 스펙트럼의 일부이다. 일반적인 조합들의 예들은 황색-방출 파장 변환 재료와 조합되는 청색-방출 LED, 녹색- 및 적색-방출 파장 변환 재료들과 조합되는 청색-방출 LED, 청색- 및 황색-방출 파장 변환 재료들과 조합되는 UV-방출 LED, 및 청색-, 녹색- 및 적색-방출 파장 변환 재료와 조합되는 UV-방출 LED를 포함한다. 다른 색들의 광을 방출하는 파장 변환 재료들이 구조체로부터 방출되는 광의 스펙트럼을 조정하도록 추가될 수 있는데, 예를 들어, 황색 방출 재료는 적색 방출 재료로 보강될 수 있다.
투명 재료는, 예를 들어, 높은 열 전도율을 갖는, 예를 들어, 파장 변환 재료 또는 접착제보다 높은 열 전도율을 갖는 분말, 입자, 또는 다른 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 투명 재료는 대략 0.1 내지 0.2 W/mK의 열 전도율을 가질 수 있는, 일반적인 실리콘 재료들보다 높은 열 전도율을 갖는다. 일부 실시예들에서, 투명 재료는, 후술하는, 접착제 재료와 굴절률이 실질적으로 일치된다. 예를 들어, 투명 재료 및 접착제 재료의 굴절률들은 일부 실시예들에서 10 % 미만 범위에서 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 투명 재료의 굴절률은 적어도 1.5이다. 적합한 투명 재료들의 예들은 유리 입자들 또는 비드들을 포함한다.
접착제 재료는 투명 재료 및 파장 변환 재료를 함께 결합하는 임의의 재료일 수 있다. 접착제 재료는 일부 실시예들에서 적어도 1.5의 굴절률을 갖도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착제 재료는 몰딩가능한 열경화성 재료이다. 적합한 재료들의 예들은 실리콘, 에폭시, 및 유리를 포함한다. 접착제 재료 및 투명 재료는, 반드시 그럴 필요는 없지만, 전형적으로 상이한 재료들 또는 상이한 형태들의 동일한 재료이다. 예를 들어, 투명 재료는 유리 입자들일 수 있으며, 반면에 접착재 재료는 몰딩된 유리일 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착제 재료는 졸 겔 재료이다. 접착제 재료가 졸 겔 재료인 실시예들에서는, 파장 변환 재료, 투명 재료, 및 졸 겔 액체의 혼합물이 LED들(1) 위에 투입될 수 있으며, 그 다음 물이 졸 겔 액체로부터 증발되어, 실리케이트 네트워크 내에 매립되는 파장 변환 재료 및 투명 재료를 갖는 기본적으로 유리인 실리케이트 네트워크가 남겨진다.
일부 실시예들에서, 파장 변환 층(30)은 주로 투명 재료이며, 파장 변환 재료 및 접착제 재료는 비교적 적다. 파장 변환 층(30)은 중량이 일부 실시예들에서는 적어도 50%의 투명 재료, 일부 실시예들에서는 60%의 투명 재료, 일부 실시예들에서는 70% 이하의 투명 재료일 수 있다. 파장 변환 층(30)은 중량이 일부 실시예들에서는 적어도 20%의 파장 변환 재료, 일부 실시예들에서는 30%의 파장 변환 재료, 일부 실시예들에서는 40% 이하의 파장 변환 재료일 수 있다. 파장 변환 층(30)은 중량이 일부 실시예들에서는 적어도 5%의 접착제 재료, 일부 실시예들에서는 10%의 접착제 재료, 일부 실시예들에서는 20% 이하의 접착제 재료일 수 있다.
파장 변환 층(30)의 열 전도율은 일부 실시예들에서는 적어도 0.5 W/mK일 수 있으며, 일부 실시예들에서는 적어도 1 W/mK일 수 있다. 대조적으로, 구프 인 컵 아키텍처 내의 구프는 최대 0.1 W/mK의 열 전도율을 전형적으로 갖는다.
도 3, 도 4 및 도 5에 예시되는 구조체는 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9에 예시되는 방법에 따라 형성될 수 있다. LED들이 형성되고 LED들의 웨이퍼로부터 분리된 후, 그들은 "비닝(binning)"되는데, 이것은 유사한 피크 방출 파장들을 갖는 LED들이 특정 애플이케이션의 사양에 맞추기 위해 파장 변환 LED에 필요한 파장 변환 재료의 특성들에 따라 그룹화됨을 의미한다. 도 6에서, 단일 빈으로부터의 개별 LED들은 기판(40) 상에 배치된다. 기판(40)은 임시 처리 기판이다. 캐리어 테이프와 같은 임의의 적절한 재료가 이용될 수 있다. 단일 LED들이 도 7에 예시되지만, LED(1)는 단일 LED들이 아닌 그룹으로 웨이퍼로부터 다이싱될 수 있다.
도 7에서, 파장 변환 층(30)은, 전술한 바와 같이, LED들(1) 위에 몰딩된다. 예를 들어, (도 7에 도시되지 않은) 몰드는 LED들(1) 위에 배치되며, 그 다음 몰딩 재료로 채워진다. 파장 변환 층(30)은 액체 형태의 열경화성 접착제 재료를 포함한다. 구조체는, 예를 들어, 열경화성 접착제 재료를 고체로 변환하기 위해, 가열하는 것에 의해서 처리된다. 몰드는 그 다음 제거된다. 파장 변환 층(30)은 LED들(1)의 상부 위에 그리고 인접하는 LED들(1) 사이에 배치된다.
도 8에서, 개별 LED들은, 예를 들어, 스트리트들(streets)(42) 내에 있는 인접하는 LED들 사이의 파장 변환 층(30)을 커팅하는 것에 의해 분리된다. 임의의 적절한 커팅 기법은 소잉 또는 레이저 커팅과 같은 것이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 커팅 기법은 기판(40)을 관통하게 커팅되어서는 안된다. 도 8에 예시되는 커팅은, 도 8에 예시되는 바와 같이, 일부 실시예들에서 실질적으로 수직의 측벽들(44)을 생성한다. 일부 실시예들에서, 측벽들(44)은, 예를 들어, 파장 변환 층(30)으로부터의 광 추출을 향상시키기 위해 소정의 각도로 또는 다른 식으로 형상화된다.
도 9에서, 분리된 LED들은, 예를 들어, 열적 릴리즈(thermal release), 제2 기판으로의 전사, 또는 다이렉트 피킹(direct picking)을 포함하는 임의의 적절한 방법에 의해 기판(40)으로부터 릴리즈된다. 개별 LED들은 테스트될 수 있으며, 그렇지 않으면 PC 보드와 같은 구조체에 사용자에 의해서 장착되도록 준비된다. LED들은, 예를 들어, LED들(1)의 하면들 상에 있는 인터커넥트들(28 및 26)을 통해 납땜 또는 임의의 다른 적합한 장착 기법에 의해서 다른 구조체에 장착된다.
일부 실시예들에서, 도 10에 예시되는 바와 같이, 칩(46)은 파장 변환 층(30)을 통하여 LED(1)에 기계적으로 접속된다. 칩(46)은 과도 전압 억제(TVS), 전력 조절 회로, 다른 회로, 또는 임의의 다른 적합한 기능을 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 칩(46)은, 예를 들어, 본체(401) 및 접점들(402 및 403)을 포함할 수 있다. (도 10에 예시되는 단면에서는 단지 하나의 접점(402)만이 예시된다. 두 개의 접점들(402, 403)은 도 14, 도 16, 도 18, 및 도 20에 예시되는 저면도들에서 볼 수 있다.) 반사 층(50)은 파장 변환 층(30)의 하면 상에 배치된다. 반사 층(50) 내의 개구부(51a)는 LED(1)를 둘러싼다. 반사 층(50) 내의 개구부(51b)는 칩(46)을 둘러싼다. 유전체 층(52)은 반사 층(50) 아래에 배치된다. 유전체 층(52) 내의 개구부들은 LED(1) 상의 접점(28) 및 칩(46) 상의 접점(402)에 대한 전기적 접속을 제공한다. 유전체 층(52) 아래에 배치되는 본딩 패드(54a)는 LED(1) 상의 접점(28)을 칩(46) 상의 접점(402)에 전기적으로 접속한다. 도 10에 예시되는 평면 외측에서, 유전체 층(52) 아래에 배치되는 제2 본딩 패드는 LED(1) 상의 접점(26)을 칩(46) 상의 접점(403)에 전기적으로 접속한다.
LED(282) 및 TVS 칩(284)이 서브마운트(280)를 통해 전기적 및 기계적으로 접속되는 도 1에 예시되는 디바이스와는 대조적으로, 도 10에 예시되는 디바이스에서는 LED(1) 및 칩(46)이 파장 변환 층(30)을 통해 기계적으로 접속된다.
도 10에 예시되는 구조체는 도 11, 도 12, 도 13, 도 14, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18, 도 19, 도 20, 도 21, 및 도 22에 예시 되는 바와 같이 형성될 수 있다. LED들(1) 및 칩들(46)의 3개 그룹이 이들 도면에 예시되지만, 이들 방법은 LED들(1) 및 칩들(46)의 임의의 수의 그룹에 적용될 수 있다.
도 11에서, LED들(1) 및 칩들(46)은, 예를 들어, 도 6을 참조하여 전술한 바와 같은 캐리어 테이프일 수 있는 기판(40) 상에 배치된다.
도 12에서, 파장 변환 층(30)은, 도 7을 참조로 전술한 바와 같이, LED들(1) 및 칩들(46) 위에 몰딩된다.
도 13에서, 도 12의 구조체는 제2 기판(48)으로 전사된다. 기판(40)과 마찬가지로, 기판(48)은 LED들(1), 칩들(46) 및 파장 변환 층(30)을 포함하는 구조체를 임시적으로 처리하기에 적합한 임의의 재료일 수 있다. 예들 들어, 기판(48)은 캐리어 테이프일 수 있다. 전형적으로, 제2 기판(48)은 기판(40)과 반대쪽에 있는 파장 변환 층(30)의 표면에 접속되며, 그 다음 기판(40)이 LED들(1) 및 칩들(46)의 접점들로부터 분리된다. 기판(40)의 분리 후, LED들(1) 및 칩들(46)의 접점들이 추가 처리를 위해 노출된다.
도 14는 적어도 단일의 LED(1) 및 단일의 칩(46)을 포함하는 기계적으로 접속되는 그룹의 접점-면을 예시한다. 도 14에 예시되는 도면은 도 13에 예시되는 구조체의 평면도이며 도 12에 예시되는 구조체의 저면도이다. 완성된 구조체는 전형적으로 다음의 설명에서, 광이 상부로부터 추출되도록 하면 상에 접점들을 갖는 식으로 장착되기 때문에, 도 14에 예시되는 도면은 구조체의 저면도로서 언급된다.
도 14에서, LED(1) 상의 금속 인터커넥트들(28 및 26)은 칩(46) 상의 금속 접점들(402 및 403)과 실질적으로 정렬될 수 있다. 파장 변환 층(30)은 LED(1) 및 칩(46) 주변에 배치된다.
도 15에서, 반사 층(50)은 도 13에 예시되는 구조체 위에 형성된다. 도 16은 반사 층(50)의 형성 후의 단일 LED(1) 및 칩(46)의 저면도이다. 반사 층(50)은 도면에서 좌측 하단으로부터 우측 상단으로 연장되는 해칭에 의해 도면들에서 표현된다. 도 15에 예시되는 바와 같이, 반사 층(50)은 개구부(51a 및 51b)를 형성하도록 패터닝된다. 개구부(51a)는 LED(1)를 둘러싸고, 개구부(51b)는 칩(46)을 둘러싼다. 반사 층(50)은 금속, Ag, Al, 반사성 코팅, 또는 반사성 페인트와 같은 임의의 적절한 반사성 재료일 수 있다. 반사 층(50)은, 반드시 그럴 필요는 없지만, 종종 전도성이다. 반사 층(50)은, 예를 들어, 스퍼터링과 같은 임의의 적절한 기법에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어, 포토리소그래피와 같은 임의의 적절한 기법에 의해 패터닝될 수 있다.
도 17에서, 유전체 층은 도 15에 예시되는 구조체 위에 형성된다. 도 18은 유전체 층(52)의 형성 후의 단일 LED(1) 및 칩(46)의 저면도이다. 유전체 층(52)은 그 도면에서 좌측 상단으로부터 우측 하단으로 연장되는 해칭에 의해 표현된다. 유전체 층(52)은 LED(1) 상의 인터커넥트들 및 칩(46) 상의 접점들에 대한 전기적 접속을 용이하게 하는 개구부들을 형성하도록 패터닝된다. 개구부(520)는 인터커넥트(28) 위에 형성되고; 개구부(522)는 인터커넥트(26) 위에 형성되며; 개구부(523)는 접점(402) 위에 형성되며; 개구부(524)는 접점(403) 위에 형성된다. 유전체 층(52)은, 예를 들어, 임의의 적절한 기법에 의해 형성되는, 하나 이상의 실리콘 산화물, 하나 이상의 실리콘 질화물, 유전체, 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)과 같은 임의의 적절한 재료일 수 있다.
도 19에서, 전도성 접점 패드들(54a 및 54b)(측면도에서는 패드(54a)만이 도시됨)을 형성하는 금속 층(54)은 도 17에 예시되는 구조체 위에 형성된다. 도 20은 접점 패드들(54a 및 54b)을 형성한 후의 단일 LED(1) 및 칩(46)의 저면도를 예시한다. (도 19에서, 접점 패드들을 형성하는 금속 층은 부호(54)가 병기된다. 도 20에서, 개별 접점 패드들(54a 및 54b)이 예시된다.) 접점 패드(54a)는 유전체 층(52) 내의 개구부(520)를 통해 LED(1) 상의 인터커넥트(28)에 전기적으로 접속된다. 접점 패드(54a)는 유전체 층(52) 내의 개구부(523)를 통해 칩(46) 상의 접점(402)에 또한 전기적으로 접속된다. 접점 패드(54b)는 유전체 층(52) 내의 개구부(522)를 통해 LED(1) 상의 인터커넥트(26)에 전기적으로 접속된다. 접점 패드(54b)는 유전체 층(52) 내의 개구부(524)를 통해 칩(46) 상의 접점(403)에 또한 전기적으로 접속된다. 접점 패드들(54a 및 54b)은 그들 간의 간격에 의해서 그리고 유전체 층(52)에 의해서 서로로부터 전기적으로 분리된다. 접점 패드들(54a 및 54b)은 임의의 적절한 전도성 재료일 수 있다. 접점 패드들(54a 및 54b)은 전형적으로 Au 또는 Ag와 같은 금속들이다. 접점 패드들(54a 및 54b)은 임의의 적절한 기법에 의해 형성되고 패터닝된다. 예들 들어, 접점 패드들(54a 및 54b)은, 예들 들어, CuN의 시드 층을 스퍼터링-증착하고, 그 다음 Au 또는 Ag 층을 도금하는 것에 의해 형성될 수 있다. 접점 패드들(54a, 54b), 인터커넥트들(28, 26), 접점들(402, 406) 및 개구부들(520, 522, 523 및 524)은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니며 도 20에 도시되는 것과 상이한 비율들을 가질 수 있다. 접점 패드들(54a 및 54b)은, 도 19 및 도 21에 예시되는 바와 같이, 그들이 도 20에 예시되는 바와 같은 디바이스의 상부 및 하부까지 연장되지 않도록 패터닝될 수 있다.
도 21에서, LED들(1) 및 칩들(46)은, 예를 들어, 도 8을 참조하여 전술한 바와 같이, 예를 들어, 스트리트들(56) 내에 있는 인접하는 LED들 사이의 파장 변환 층(30)을 커팅하는 것에 의해 분리된다.
도 22에서, 분리된 디바이스들은, 도 9를 참조하여 전술한 바와 같이, 기판(48)으로부터 제거된다. 디바이스들은 뒤집혀 지며 패드들(54a 및 54b)을 구조체에 납땜-부착하거나 그렇지 않으면 전기적 및 기계적으로 접속하는 것에 의해 PC 보드와 같은 적합한 구조체에 사용자에 의해서 장착될 수 있다.
도 23 및 도 24는 LED(1) 및 칩(46)을 포함하는 대안적인 구조체를 예시한다. 도 23에서, 반사성 재료(60)는 도 13에 예시되는 구조체 위에 배치된다. 반사성 재료(60)는 디바이스의 양측에 있는 반사성 재료의 두 영역들을 분리하는 개구부(62)를 형성하도록 패터닝된다. 반사성 재료들은, 예를 들어, 도 15 및 도 16에서 설명한, 반사성 재료(50)에 대해 위에서 열거한 재료들 중의 하나일 수 있다. 반사성 재료(60)는 전도성 재료이다. 반사성 재료(60)의 좌측 부분은 LED(1) 상의 인터커넥트(28) 및 칩(46) 상의 접점(402)의 일부분과 직접 접촉된다. 반사성 재료(60)의 우측 부분은 LED(1) 상의 인터커넥트(26) 및 칩(46) 상의 접점(403)의 일부분과 직접 접촉된다.
도 24에서, 유전체 층(63)은 구조체의 중앙에 형성된다. 도 17 및 도 18에서 설명된, 예를 들어, 유전체 재료(52)에 대해 위에서 열거한 재료들 중의 하나일 수 있는, 유전체 층(63)은 반사성 재료(60)의 좌측 부분과 우측 부분 사이에 있는 개구부(62)를 덮는다. 유전체 층(63)은 반사성 재료(60)의 좌측 및 우측 부분의 각각의 일부분을 또한 덮는다. 유전체 층(63)은 디바이스의 좌측에 있는 반사성 재료(60)의 일부분(64)이 유전체 층(63)에 의해서 덮이지 않을 정도로 그리고 디바이스의 우측에 있는 반사성 재료(60)의 일부분(66)이 유전체 층(63)에 의해서 덮이지 않을 정도로 한정된다.
도 21 및 도 22에서의 분리 후, 도 24에 예시되는 디바이스는 반사성 재료(60)의 일부분들(64 및 66)을 구조체에 납땜-부착하거나 그렇지 않으면 전기적 및 기계적으로 접속하는 것에 의해 PC 보드와 같은 적합한 구조체 상에 사용자에 의해서 장착될 수 있다. 도 24의 구조체를 PC 보드와 같은 구조체에 부착하는데 사용되는 (예를 들어, 땜납과 같은) 인터커넥트는 일부분들(64 및 66)과 유전체(63) 간의 높이 차이를 보상할 수 있다.
본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 기술자들은, 본 개시내용을 고려해 볼 때, 본 명세서에서 설명되는 발명 개념의 사상을 벗어나지 않고서도 본 발명에 대한 변형들이 만들어 질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위를 예시되고 설명되는 특정 실시예들에 한정하려고 하는 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 제1 피크 파장을 갖는 광을 방출하기 위한 발광 디바이스; 및
    상기 발광 디바이스에 의해 방출되는 광의 경로에 배치되며, 상기 발광 디바이스에 의해 방출되는 광을 흡수하고 제2 피크 파장을 갖는 광을 방출하기 위한 파장 변환 층
    을 포함하며, 상기 파장 변환 층은:
    파장 변환 재료;
    투명 재료; 및
    상기 파장 변환 층의 중량의 15% 이하를 포함하는 접착제 재료
    의 혼합물을 포함하는 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광 디바이스는 상면, 하면, 및 적어도 하나의 측면을 가지며, 상기 파장 변환 층은 상기 발광 디바이스의 상면 및 모든 측면을 덮는 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파장 변환 층은 상기 발광 디바이스 위에 몰딩되는 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 과도 전압을 억제하기 위한 칩을 더 포함하며, 상기 발광 디바이스는 상기 파장 변환 층을 통해서만 상기 칩에 기계적으로 부착되는 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 파장 변환 층은 상기 칩 위에 배치되며 상기 칩의 측벽과 상기 발광 디바이스의 측벽 사이의 영역에 배치되는 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 파장 변환 재료는 상기 파장 변환 층의 중량의 40% 이하를 포함하는 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 실리콘, 에폭시, 졸 겔 재료, 및 유리 중의 하나인 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발광 디바이스의 측면 위에 배치되는 상기 파장 변환 층의 일부분의 하면 상에 배치되는 반사기를 더 포함하는 구조체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 투명 재료 및 상기 접착제 재료는 상이한 재료들인 구조체.
  10. 기판에 복수의 발광 디바이스들을 부착하는 단계;
    파장 변환 재료, 투명 재료, 및 접착제 재료를 포함하는 파장 변환 층을 상기 복수의 발광 디바이스들 위에 형성하는 단계;
    상기 파장 변환 층을 커팅하는 것에 의해 상기 복수의 발광 디바이스들을 분리하는 단계; 및
    상기 기판을 제거하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 파장 변환 층은 적어도 0.5 W/mK의 열 전도율을 갖는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 커팅 후, 상기 파장 변환 층은 실질적으로 수직의 측벽을 갖는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 파장 변환 층을 상기 복수의 발광 디바이스들 위에 형성하는 단계 후에 상기 파장 변환 층의 하면 상에 반사기를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    과도 전압(transient voltage)을 억제하기 위한 칩을 상기 복수의 발광 디바이스들 중 2개의 디바이스 사이에서 상기 기판에 부착하는 단계; 및
    상기 파장 변환 층을 상기 복수의 발광 디바이스들 위에 형성하는 단계 후에, 상기 복수의 발광 디바이스들 중 하나의 디바이스 상의 인터커넥트(interconnect)를 상기 칩 상의 접점(contact)에 전기적으로 접속하는 전도성 패드를 형성하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 파장 변환 층을 상기 복수의 발광 디바이스들 위에 형성하는 단계는 상기 파장 변환 층을 몰딩하는 단계를 포함하며;
    상기 접착제 재료는 열경화성 재료인 방법.
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